Nu letter verdens kraftigste elflymotor

I 2021 vil flyproducenten Airbus sende et delvist eldrevet passagerfly med plads til 100 personer på vingerne. Næste skridt er at udvikle kraftigere elmotorer og batterier, der helt kan erstatte de forurenende jetmotorer.

I 2021 vil flyproducenten Airbus sende et delvist eldrevet passagerfly med plads til 100 personer på vingerne. Næste skridt er at udvikle kraftigere elmotorer og batterier, der helt kan erstatte de forurenende jetmotorer.

Forestil dig en charterrejse i 2050. Du har klikket sikkerhedsbæltet fast, og flyet er klar til afgang.

Motorerne snurrer op i hastighed, men larmen udebliver. Du ser ud ad vinduet.

En stribe små elmotorer under flyets vinger er i færd med at løfte dig, og dine 99 medpassagerer, lodret op i luften.

Imens meddeler flyets kaptajn over højttaleranlægget, at I kan rejse med god samvittighed. Flyet er ikke blot elektrisk – dets ledninger, motordele og andre elektroniske komponenter ombord er fremstillet af superledende materialer, som gør flyveturen energibesparende.

Faktisk har de nye elektriske fly været med til at reducere flytrafikkens CO2-udledning med 75 pct.

Sådan ser drømmescenariet ud for flytrafikken, der ifølge flyorganisationen IATA i dag står for omkring to pct. af klodens samlede CO2-udledning.

Hos Airbus og Rolls-Royce, der fremstiller henholdsvis fly og flymotorer, arbejder forskere og ingeniører allerede nu på at gøre luftfarten elektrisk. Og i 2021 skal testflyet Airbus E-Fan X lette fra Jordens overflade.

Én ud af i alt fire motorer er elektrisk i den nye Airbus E-Fan X. Den elektriske motor har en ti gange større effekt end en Tesla model 3.

På E-Fan X er én af de fire konventionelle jetmotorer skiftet ud med en nyudviklet elmotor på to megawatt. Selvom motoren blot yder en tiendedel af en jetmotor i et almindeligt passagerfly, giver den håb om en elektrisk fremtid.

Når E-Fan X går på vingerne næste år, bliver hybridflyet det første af sin slags i passagerklassen og en ny milepæl i jagten på en mere klimavenlig flytrafik.

Elfly krydsede Den Engelske Kanal

Airbus tog det første skridt mod en elektrisk fremtid 9. juli 2015, hvor det lille, elektriske fly E-Fan, med plads til to personer, gennemførte en flyvning hen over Den Engelske Kanal.

Hvis bedriften skal gentages med et passagerfly, skal en række tekniske udfordringer imidlertid løses.

Den første udfordring er batterierne.

Siden det udbredte litium-ion-batteri blev introduceret i 1991, har batteriteknologien været i en rivende udvikling. Men batterierne lider stadig under en relativt høj pris samt en vægt og energitæthed, der især kommer til kort, når de bruges i skibe, fly og andre større transportmidler.

Energitætheden er et udtryk for, hvor mange watt-timer man får pr. kilogram batteri, og i dag ligger tallet typisk på højst 250 Wh/kg.

Ifølge forskning fra NASA kræver det mindst en firedobling – altså 1000 Wh/kg – at gøre batterier brugbare i et fly i passagerstørrelsen.

Superledning øger effektivitet

E-Fan X kommer til at bruge en helt ny elektrisk motor, som er udviklet af en afdeling af Siemens.

Afdelingen blev i 2019 opkøbt af Rolls-Royce, og motoren er med en effekt på to megawatt omkring 30 gange kraftigere end motoren i forgængeren E-Fan, der krydsede Den Engelske Kanal.

©

CO2-drøm kræver kraftigere elmotorer

Selvom den nyudviklede elmotor til E-Fan X giver en omkring 30 gange højere effekt end elmotorerne på forgængeren E-Fan, er vi endnu ikke nået til det punkt, hvor alle de traditionelle jetmotorer på et passagerfly kan skiftes ud med elektriske. E-Fan X-motorens effekt på to megawatt er nemlig kun ti procent af den ydelse, der leveres af typiske jetmotorer i passagerfly af fx Airbus A320-klassen i dag. De ligger omkring 20 megawatt, og derfor må ingeniørerne hos eksempelvis Rolls-Royce lægge sig i selen for yderligere at optimere designet og ydelsen af motoren.

Grafen viser udviklingen af elflys motorer på en logaritmisk skala.

Airbus og Rolls-Royce har endnu ikke besluttet, hvor stort et batteri E-Fan X skal udstyres med, men har dog oplyst, at vægten bliver to tons.

Med en energitæthed på 250 Wh/kg kan det omregnes til en batterikapacitet på 500 kWh, eller omtrent fem gange mere end batteriet i en stor elbil i dag.

Hvis det tal holder stik, vil elmotoren kunne drives ved fuld effekt i et kvarter som hjælpemotor under takeoff og landing. Airbus forestiller sig på sigt, at elmotorerne kan “vende” deres funktion, når flyet er i luften, og fungere som en generator, der lader batterierne op igen.

I sin første udgave bliver E-Fan X dog udstyret med en to-megawatt-generator, der drives af en gasturbine, som lader batteriet op.

Hvis luftfarten skal gøres 100 pct. elektrisk, er kraftige elmotorer dog ikke nok.

Motorerne skal også fremstilles af lette, superledende materialer. Når materialer er superledende, møder strømmen ingen elektrisk modstand, og de har derfor en skyhøj effektivitet.

Dette er nødvendigt, hvis fly skal tilbagelægge lange distancer på tværs af kontinenter eller verdenshave udelukkende ved hjælp af energi fra batterier.

Mange elmotorer giver øget opdrift

En stor fordel ved elmotorerne er, at de er mindre end traditionelle jetmotorer.

Det skyldes blandt andet, at elmotorerne ikke har brug for en gearkasse med flere trin, da hastigheden styres ved at variere frekvensen af den vekselstrøm, der driver motoren rundt.

Den mindre størrelse åbner for helt nye måder at designe fly på. Eksempelvis vil de to jetmotorer under hver vinge, som man typisk ser på passagerfly, kunne erstattes med mange små elmotorer.

©

Elmotor erstatter jetmotor

Én af flyets fire jetmotorer erstattes med en elmotor udviklet af Rolls-Royce, der har overtaget Siemens elmotor-afdeling. Motoren driver den vifte, der suger luften ind gennem motoren og spytter den ud bagved for at give fly-vingerne opdrift og flyet fremdrift.

©

Batterier leverer strøm til motoren

Kapaciteten på batteripakken, der skal drive den elektriske motor i E-Fan X, er endnu ikke fastlagt. Batteriet ventes dog at komme til at veje to tons, og ved en energitæthed på 250 Wh/kg vil kapaciteten derfor være omkring fem gange større end batterikapaciteten i en stor elbil.

©

Generator hjælper under takeoff

Målet er, at flyets elmotor skal drives udelukkende med strøm fra batteriet. Airbus har dog også udstyret det første testfly med en generator, der leverer strøm sammen med batteriet, når elmotoren skal levere et ekstra boost under for eksempel takeoff.

Et fly med mange små elmotorer vil have lettere ved at komme i luften end et fly med få store jetmotorer. Det skyldes, at elmotorerne er mindre og dermed genererer mindre luftmodstand end jetmotorer. Samtidig har elmotorerne en høj ydelse i forhold til deres vægt – det såkaldte power to weight-forhold – ved bestemte omdrejninger og hastigheder. Det optimerer fly-vingens mulighed for at skabe opdrift.

Rumagenturet NASA afprøver i øjeblikket konceptet med testflyet X-57 Maxwell, der er udstyret med en stor hovedmotor og seks mindre motorer under hver vinge.

Under takeoff arbejder de 12 små motorer sammen med de to store, hvilket øger vindhastigheden på den øvre side af vingen, således at opdriften bliver større.

Når flyet har nået sin ønskede højde, er der ikke længere brug for de små elmotorer, som derfor standser og folder propellerne bagud langs med flyveretningen, hvilket mindsker vindmodstanden.

VIDEO: Se hvordan Airbus' elmotor fungerer.

Nye fly kan lette på stedet

Små elmotorer gør det også muligt at lette og lande lodret.

Ved at gøre elmotorerne i stand til at vippe, så propellerne kan være både lodrette og vandrette, bliver det i princippet muligt at få et fly til at lette som en helikopter.

Motorerne kan herefter vendes som på et almindeligt fly for til sidst at blive vendt igen, så flyet også kan lande som en helikopter.

To megawatt er effekten af E-Fan X’ nyudviklede elmotor.

En helt tredje fordel ved de mindre elmotorer er, at de er mere støjsvage end forbrændingsmotoren.

Hvis Airbus gennemfører testflyvningen af E-Fan X med succes i 2021, har flyproducenten taget det første skridt mod at kunne forvandle almindelige passagerfly til hybridfly, som kan spare brændstof på rejsen og nedsætte flybranchens CO2-udledning.

Mange teknologiske spørgsmål mangler stadig at blive besvaret, før vi kan rejse på ferie med helt klimavenlige fly drevet udelukkende af elmotorer og batterier.

Men lykkes det at gøre elmotorerne kraftigere og batterierne billigere og mere effektive, er vejen måske banet for en fremtid med en støjsvag og klimavenlig flytrafik.